エネルギー・情報システム社会の未来と電気工学分野の発展

平成28年 6月 3日 電気学会 山本 直幸

一般社団法人 電気学会

平成２８年度 日本工学会

公開シンポジウム

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目 次

１．社会環境の変化と電気

２．科学技術基本計画とのかかわり

３．各種産業分野における電気関連技術の広がり

４．エネルギー・情報システムを融合した

技術開発事例

５．電気技術分野のさらなる発展にむけて

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１．社会環境の変化と電気

□ エネルギー、環境、資源、人口、安全・安心などに関わる

社会課題が複雑化

□ グローバル化、ICT/AIの進化等で、垣根を越えて繋がる多様な

ステークホルダが増大し、社会・経済の構造が大きく変化

■ 他の工学分野と融合し、電気工学が支え、新たな広がりを

見せる電気関連システムが現代社会の最重要基盤のひとつ

■ 電気学会には、持続可能な社会の実現に向けて広範囲な分野で

電気工学の貢献と先導的かつ積極的な展開が期待されている

4 出典：内閣府科学技術基本計画HP: http://www8.cao.go.jp/cstp/kihonkeikaku/index5.html，など

２．１ 第５期科学技術基本計画

｢超スマート社会｣ 必要なもの・サービスを必要な人に、必要な時に、必要なだけ提供し、社会の様々なニーズにきめ細かに対応でき、あらゆる人が質の高いサービスを受けられ、年齢，性別，地域，言語といった様々な違いを乗り越え、活き活きと快適に暮らすことのできる社会

第１期 （平成８～ １２年度）

第２期 （平成１３～ １７年度）

第３期 （平成１８～ ２２年度）

第４期 （平成２３～ ２７年度）

第5期

(平成28～32 年度)

未来の産業創造と社会変革に向けた新たな

価値の創造により、世界に先駆けた｢超ス

マート社会*｣の実現をめざし、産学官の連

携により、共通基盤技術の強化、サービス

や事業のシステム化、それらのシステムを

更に統合化する先導的プロジェクトに取り

組む(Society5.0)

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２．２ 超スマート社会と「Society ５．０」

経済成長 社会課題解決

産業競争力強化

市場創造

グローバル化

柔軟な社会構造構築

社会インフラ整備

エネルギー・環境

・・・

・・・

両立

「狩猟社会」「農耕社会」「工業社会」「情報社会」に続く新たな社会を生み出す変革｢Society5.0｣により、社会課題解決と経済成長の両立を可能とし、豊かに暮らせる超スマート社会を実現する

6 出典：内閣府科学技術イノベーション総合戦略2015 HP：http://www8.cao.go.jp/cstp/kihonkeikaku/5gaiyo.pdf

２．３ 超スマート社会

*:Internet of Things

IoT＊を共通的なプラットフォームとして構築し、経済成長や社会変革につなげるべく、11システムの整備を先行的に進め、個別システムの高度化段階的な連携協調を進める

7 出典：エネルギー戦略協議会事務局「「エネルギーバリューチェーンの最適化」のフォローアップについて」: http://www8.cao.go.jp/cstp/tyousakai/juyoukadai/energy/12kai/siryo1.pdf

２．４ エネルギーバリューチェーン

エネルギーやIoTのソリューション技術がバリューチェーンを支える。

２．５ エネルギー基本戦略における電力需要・電源構成

8 出典：資源エネルギー庁：「長期エネルギー需給見通し関連資料｣ (平成27年7月)

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３．各種産業分野における電気関連技術の広がり

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１．１ 自動車

エンジンマネジメント エレクトリックパワートレイン

走行制御 車載情報

安全性・快適性・利便性、さらに地球環境保全などの観点から電動化、エレクトロニクス化が貢献してきた。

電動化 自動 走行

IoT化

出典： http://hitachi-field-navi.jp/automotive/index.html

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１．２ マイニングダンプトラック

□ エンジンで発電機を駆動し、発電機からの電力をIGBTインバータで

制御して走行用の電気モータ（AC）を駆動

□ 高速制御特性とセンサー技術できめ細かな車体制御が可能

トロリー式ダンプトラックの概観 電気駆動式ダンプトラックの構成

電動化 自動

ﾏｲﾆﾝｸﾞ IoT化

出典：「マイニング機械の変遷と電動化における今後の展開」，日立評論2012.5

AC: Alternating Current

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１．３ 南極観測船（砕氷艦）「しらせ」

電動化により下記を実現

□ 操船用の推進システム簡素化 □ 静粛化 □ 航行燃費の改善

出典：「厳冬の南極海を航行する砕氷艦「しらせ」の電気推進装置」，日立評論2009.6，「艦船用電気推進システム」，日立評論2012.9

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４．エネルギー・情報システムを融合した 技術開発事例

４．１ システムとしての電力流通・高い日本の電力品質

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大規模 集中電源

ＵＨＶ送電 超高圧送電

系統安定化 システム

蓄電池 システム

スマート グリッド

ＨＶＤＣ 周波数変換

ＩＴ

監視制御

システム

パワエレ

技術

変電機器

メガ ソーラー

配電 系統 ウィンド

ファーム

電力系統システム技術の着実な技術開発

ＩＴを駆使した制御、監視システムとの融合

受変電 システム

保護制御 システム

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４．２ スマートグリッド実証事例

EVECC: EV Energy Control Center, ADMS: Advanced Distribution Management System,

LV: Low Voltage, DOE: Department of Energy

15 マウイ全島

風力発電

太陽光発電

ICT 送電

EMS

電力線

Power Line

LV Transformer μＤＭＳ

ＤＭＳ

Distribution

配電変電所

ICT

PV with Smart PCS

L3 Chargers

配電網制御システム

Billing, Membership

Incentive

EVECC

Battery 電力線

ADMS

配電

変電所

ICT

太陽光発電 Smart PCS

EVECC Billing,

Membership Incentive

200台超のEVとキヘイ地区40軒の住民を 対象にした実証

(最終的な目標は充放電型のEVを活用したEV-Virtual Power Plantの確立)

風力

発電 太陽光発電

火力

発電

急速充電器

蓄電池

低圧変圧器 MicroＤＭＳ

普通充電器

急速充電器

蓄電池

EVボランティア

NEDO「ハワイ州マウイ島における島しょ域スマートグリッド実証事業」 電気自動車（ＥＶ）のバッテリーを活用した余剰エネルギー吸収や周波数変動などのコントロールを実施

出典：日立評論，2016Vol.97，No.12，P738-739(2015)

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４．３ スマートシティ実証事例

「柏の葉スマートシティ」では、地域全体のエネルギーを管理するスマートセンターが設置され、電力／ネットワーク自営線を敷設し、平常時、災害時ともに街区建物間で電力の相互利用や電力融通、エネルギー情報の共有・見える化を実現

平常時街区建物間電力融通

住居棟

HEMS

情報の流れ

住居棟

商業施設・オフィス棟

アコモデーション棟

住居棟

ららぽーと１４８街区

１４７街区

１５０街区

１５１街区

HEMS

ＢEMS

エネルギー棟

ＢEMS

HEMS

PV

PV

PVTX/柏の葉駅

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電力融通関連設備

電力融通装置

特高受変電設備

蓄電池

ＰＶ

蓄電池

非常時電力融通

非常時電力融通

１４９街区

電気・制御情報の流れ

電力融通

（将来）

蓄電池

スマートセンター（AEMS）

ｴﾘｱｴﾈﾙｷﾞｰ管理

見える化(情報提供)

出典：「はいたっく 2015.9」 http://www.hitachi.co.jp/products/it/portal/info/magazine/hitac/document/2015/09/1509b.pdf

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IT／IoT を活用してOT（Operation Technology）の領域で、様々な

イノベーションが起きている

４．５ ＩｏＴ，ビッグデータ活用事例

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４．７ 自動運転に向けた速度制御技術

歩行者の行動変化を予測し、予め走行計画を変更することで

良好な乗り心地の確保と平均速度の向上を両立

駐車車両追い越し時に

歩行者の将来位置を予測衝突可能性を判定

経路交差点において

自車両が歩行者より遅く到達するように速度制御

出典：http://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2015/10/1014b.html

豊かさ 安全・安心

環境に優しい 快適 社会の課題解決

電 気

持続可能で豊かな社会の実現

各分野との融合 イノベーション IoT ビッグデータ ＡＩ

Ｉ Ｔ

機 械

５．各分野との融合によるｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ・弛まぬ技術革新へ

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電気を 作る

2020 ・石炭ガス化複合発電（IGCC）の商用化。発電効率の向上で、SOx，NOx，ばいじんの排出量が低減

2030 ・生体内のエネルギーを電気に変換（アクティブな埋込人工心臓）

・半導体スイッチで自由にパルス電力制御

2040

・各家庭で電力の売買、太陽電池と燃料電池と家庭用電池を組み合わせ、エネルギーコストを大幅削減

・直流や高周波電力，高品質電力など電力形態を選択可能に

・海底のメタンハイドレート採集技術が確立され国産エネルギーとして活用

・コンセントからの充電で動く自動車。携帯電話といっしょに自動車もコンセント充電

2060

・完全に無保守でエネルギーを供給し続ける密封型の小型原子炉が都市周辺で稼働

・蓄電池等のエネルギー貯蔵装置が変電所や各家庭に設置され，停電がなくなる

・発電所で自動化運転制御が自動化，トラブル発生時のみ運転員が操作

・劣化や欠陥を自己回復する絶縁材料により，コンパクト長寿命の絶縁システムが可能になる

2100

・核融合発電システムによる安定なエネルギー供給システムと安全・平和な世界情勢の構築、地球温暖化は回避

・宇宙・大平原・太平洋太陽光発電；安価な電力を無限に購入

・エネルギーの発生・輸送・転換・貯蔵の各技術が高度に結合し時間的・空間的なエネルギー需給のアンバランス等が解消される化石燃料等に頼らない人類の活動が可能になり，エネルギー・環境問題が解決する

電気がつくる未来社会／2030年、2050年の夢を描く力

平成１８年度 電気学会研究経営会議

20 出展：電気学会ホームページ（http://www.iee.jp/?page_id=2904）

■平成18年度 電気学会で語り合った未来予測・・・10年後を迎えた今日・・・

電気を

送る

2040

・無線送電などにより電池や送電ケーブルなしで電力を供給

・劣化や欠陥を自己回復する絶縁材料でコンパクト長寿命の絶縁システム実現

・接続部の簡略化が進み，ロボットによるケーブル接続が可能になる

2060

・国外の安価で環境にやさしい電力（砂漠での太陽光発電等）を地球規模の超電導ケーブルネットワークで供給

・低ロス，超小型電力変換器が開発され，直流送電や直流連系が活用されて系統の潮流制御が簡易化

・実施各所に配置されたロボットが自動的に巡視点検

2100 ・エネルギーの発生・輸送・転換・貯蔵の各技術が高度に結合し時間的・空間的なエネルギー需給のアンバランス等が解消される化石燃料等に頼らない人類の活動が可能になり，エネルギー・環境問題が解決する

電気がつくる未来社会／2030年、2050年の夢を描く力

平成１８年度 電気学会研究経営会議

電気を 使う

(1)宇宙への 進出

2030

・宇宙環境での電力発電・輸送が可能に

・パルス電磁エネルギーを利用した装置を使って，木星等の巨大惑星や宇宙の構造を調査

・深宇宙を航行する人工衛星からの情報伝送

2040 ・衛星上における無重力状態での生活・物質製造（大規模な工場）に必要な電力を供給する巨大な太陽光発電衛星

・月面で発電した電力をマイクロ波送電により衛星上での生活・製造に供給

2060 ・宇宙ステーションでも快適なオール電化生活 将来

(2)交通手段の進歩

2020 ・車は排気ガス，ＣＯ２を出すマイナスイメージから都会の空気を綺麗にするプラスイメージにパラダイムチェンジ

2030

・パーソナル電気自動車の進化、電車に乗せ日本中の都会から田舎まで名所、旧跡、ショッピングにスイスイ

・行きは自分で運転，帰りは自動運転，飲酒後は後席でグーグー，自宅前で「到着しました」、駐車は自動駐車

2040

・エミッションフリー（電気自動車，燃料電池車），アクシデントフリー（ぶつからない，死傷しない車），インテリアフリー（完全バリワイヤ化，電池は床下），エクステリフリー（自由なデザイン）の自動車

・コンセントからの充電で動く自動車自宅がガソリンスタンド。携帯電話といっしょに自動車もコンセント充電 2040

2060 ・飛行機，船，列車，自動車に超電導発電機や超電導モータを搭載、高速，高効率，環境に優しい大量輸送

2100 ・３次元の交通網の完成、渋滞や事故が無く円滑な行動ができる

■平成18年度 電気学会で語り合った未来予測・・・10年後を迎えた今日・・・

締めくくりに変えて ； 人が想像できることは、必ず人が実現できる // ジュール・ヴェルヌ

出展：電気学会ホームページ（http://www.iee.jp/?page_id=2904）

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